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1、第第2章机电一体化机械技术章机电一体化机械技术 2.1概述概述 2.2机械传动机构机械传动机构 2.3机械导向结构机械导向结构 2.4机械的支承结构机械的支承结构 2.5机械执行机构机械执行机构2.1概述概述 机械是由机械零件组成的，能够传递运动并完成某些有效工机械是由机械零件组成的，能够传递运动并完成某些有效工作的装置。机械由输入部分、转换部分、传动部分、输出部作的装置。机械由输入部分、转换部分、传动部分、输出部分及安装固定部分等组成。通用的传递运动的机械零件有齿分及安装固定部分等组成。通用的传递运动的机械零件有齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆、带、带轮、曲柄和凸轮等。两个零轮、齿条、蜗轮、蜗杆、带、
2、带轮、曲柄和凸轮等。两个零件互相接触并相对运动，就形成了运动副，由若干运动副组件互相接触并相对运动，就形成了运动副，由若干运动副组成的具有确定运动的装置称为机构。就传动而言，机构就是成的具有确定运动的装置称为机构。就传动而言，机构就是传动链，从系统动力学方面来考虑，传动链越短越好，这有传动链，从系统动力学方面来考虑，传动链越短越好，这有利于实现系统整体最佳目标。在必须保留一定的传动件时，利于实现系统整体最佳目标。在必须保留一定的传动件时，在满足强度和刚度的前提下，应力求传动件在满足强度和刚度的前提下，应力求传动件“轻、薄、细、轻、薄、细、小巧小巧”，这就要求采用特种材料和特种加工工艺。，这就要
3、求采用特种材料和特种加工工艺。下一页 返回2.1概述概述2.1.1机械运动与机构机械运动与机构 把某一物体看作一个质点时，其运动可以分为平面运动、把某一物体看作一个质点时，其运动可以分为平面运动、螺旋运动、球面运动等。平面运动是指与某一平面平行移动螺旋运动、球面运动等。平面运动是指与某一平面平行移动的运动，包括旋转运动和线运动。旋转运动是指以平面为轴，的运动，包括旋转运动和线运动。旋转运动是指以平面为轴，并与该平面轴保持一定距离的平面运动并与该平面轴保持一定距离的平面运动;线运动是指在平面上线运动是指在平面上沿直线或曲线移动的运动，前者称为直线运动，后者称为曲沿直线或曲线移动的运动，前者称为直
4、线运动，后者称为曲线运动。螺旋运动是指物体在围绕某一轴线做旋转运动的同线运动。螺旋运动是指物体在围绕某一轴线做旋转运动的同时，还沿着该轴线做直线运动。时，还沿着该轴线做直线运动。上一页 下一页 返回2.1概述概述球面运动是指物体在与圆心保持一定距离的球面上移动的运球面运动是指物体在与圆心保持一定距离的球面上移动的运动。物体当其不受外力作用时，在平面上将处于静止状态或动。物体当其不受外力作用时，在平面上将处于静止状态或匀速运动匀速运动;在外力作用下，物体将会产生加速度。根据所施外在外力作用下，物体将会产生加速度。根据所施外力的不同，物体的运动可分为等速运动、不等速运动和间歇力的不同，物体的运动可
5、分为等速运动、不等速运动和间歇运动等。等速运动可分为单方向运动和往复运动，而加速运运动等。等速运动可分为单方向运动和往复运动，而加速运动就是一种不等速运动，间歇运动则是指每隔一定时间自行动就是一种不等速运动，间歇运动则是指每隔一定时间自行停止的运动。停止的运动。机电一体化产品的运动包括沿特定轴旋转的旋转运动、沿规机电一体化产品的运动包括沿特定轴旋转的旋转运动、沿规定直线的直线运动以及平面运动等，比如机器人和数控机床定直线的直线运动以及平面运动等，比如机器人和数控机床等。一台机械要由若干零件组成，在构成机械的各种部件中等。一台机械要由若干零件组成，在构成机械的各种部件中使用了各种通用的零件，就是
6、所谓的机械零件。使用了各种通用的零件，就是所谓的机械零件。上一页 下一页 返回2.1概述概述具有代表性的主要机械零件可分为紧固零件、传动零件和支具有代表性的主要机械零件可分为紧固零件、传动零件和支撑零件。多种机械零件的有机组合就构成了机构。当机构中撑零件。多种机械零件的有机组合就构成了机构。当机构中的一个零件产生运动时，机构中的其他零件将对应产生一定的一个零件产生运动时，机构中的其他零件将对应产生一定的运动。连杆机构、凸轮机构、间歇机构是机械中最常用的的运动。连杆机构、凸轮机构、间歇机构是机械中最常用的三种机构。牛头刨床就是利用连杆机构原理把作旋转运动的三种机构。牛头刨床就是利用连杆机构原理把
7、作旋转运动的摆杆曲柄机构变换成做往复直线运动的滑块曲柄机构来进行摆杆曲柄机构变换成做往复直线运动的滑块曲柄机构来进行刨削的。汽车发动机则是利用凸轮机构的不同形状来改变直刨削的。汽车发动机则是利用凸轮机构的不同形状来改变直线运动的行程，从而来提高燃烧效率的控制。装配生产线的线运动的行程，从而来提高燃烧效率的控制。装配生产线的间歇运动以及旋转平台的分度则靠的是利用间歇机构把原轴间歇运动以及旋转平台的分度则靠的是利用间歇机构把原轴的连续旋转运动断续地传递到从轴，使从轴实现间歇性的往的连续旋转运动断续地传递到从轴，使从轴实现间歇性的往复运动。复运动。上一页 下一页 返回2.1概述概述2.1.2机电一体
8、化中的机械系统及其基本机电一体化中的机械系统及其基本要求要求 机电一体化系统的机械结构主要包括执行机构、传动机构机电一体化系统的机械结构主要包括执行机构、传动机构和支承部件。在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求和支承部件。在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。概括地讲，机电电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。概括地讲，机电一体化机械系统应主要包括如下三大部分机构。一体化机械系统应主要包括如下三大部分机构。上一页 下一页 返回2.1概述概述 1.传
9、动机构传动机构 机电一体化机械系统中的传动机构不仅仅是转速和转矩的机电一体化机械系统中的传动机构不仅仅是转速和转矩的变换器，而且已成为伺服系统的一部分，它要根据伺服控制变换器，而且已成为伺服系统的一部分，它要根据伺服控制的要求进行选择设计，以满足整个机械系统良好的伺服性能。的要求进行选择设计，以满足整个机械系统良好的伺服性能。因此传动机构除了要满足传动精度的要求，而且还要满足小因此传动机构除了要满足传动精度的要求，而且还要满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性的要求。型、轻量、高速、低噪声和高可靠性的要求。2.导向及支承机构导向及支承机构 导向及支承机构的作用是对机械结构保证一个良好导向和导向
10、及支承机构的作用是对机械结构保证一个良好导向和支承性能，为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其支承性能，为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障，一般指导轨、轴承等。特定方向的运动提供保障，一般指导轨、轴承等。上一页 下一页 返回2.1概述概述 3.执行机构执行机构 执行机构是用以完成操作任务的直接装置。执行机构根据执行机构是用以完成操作任务的直接装置。执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作。一般操作指令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作。一般要求它具有较高的灵敏度、精确度，良好的重复性和可靠性要求它具有较高的灵敏度、精确度，良好的重复性和可
11、靠性由于计算机的强大功能，使传统作为动力源的电动机发展为由于计算机的强大功能，使传统作为动力源的电动机发展为具有动力、变速与执行等多重功能的伺服电动机，从而大大具有动力、变速与执行等多重功能的伺服电动机，从而大大地简化了传动和执行机构。地简化了传动和执行机构。除以上三部分外，机电一体化系统的机械部分通常还包括除以上三部分外，机电一体化系统的机械部分通常还包括机座、支架、壳体等。机座、支架、壳体等。上一页 下一页 返回2.1概述概述 传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三部分加上传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三部分加上电气、液压和机械控制等部分组成，而机电一体化中的机械电气、液
12、压和机械控制等部分组成，而机电一体化中的机械系统是由计算机协调和控制的，用于完成包括机械力、运动系统是由计算机协调和控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和和能量流等动力学任务的机械和(或或)机电部件相互联系的系机电部件相互联系的系统组成。其核心是由计算机控制的，包括机、电、液、光、统组成。其核心是由计算机控制的，包括机、电、液、光、磁等技术的伺服系统。这就对执行器提出了更高的要求，存磁等技术的伺服系统。这就对执行器提出了更高的要求，存在机械装置、执行器及驱动器之间的协调与匹配问题。在机械装置、执行器及驱动器之间的协调与匹配问题。从总体上讲，机电一体化中的机械系统除了满足一
13、般机械从总体上讲，机电一体化中的机械系统除了满足一般机械设计的要求外，还必须满足以下几种特殊要求。设计的要求外，还必须满足以下几种特殊要求。上一页 下一页 返回2.1概述概述 1.高精度高精度 精度是机电一体化产品的重要性能指标，对其机械系统设精度是机电一体化产品的重要性能指标，对其机械系统设计主要是执行机构的位置精度，其中包括结构变形、轴系误计主要是执行机构的位置精度，其中包括结构变形、轴系误差和传动误差，另外还要考虑温度变化的影响。差和传动误差，另外还要考虑温度变化的影响。2.小惯量小惯量 传动件本身的转动惯量会影响系统的响应速度及系统的稳传动件本身的转动惯量会影响系统的响应速度及系统的稳
14、定性。大惯量会使机械负载增大、系统响应速度变慢、灵敏定性。大惯量会使机械负载增大、系统响应速度变慢、灵敏度降低，使系统固有频率下降，容易产生谐振度降低，使系统固有频率下降，容易产生谐振;使电气驱动部使电气驱动部分的谐振频率变低，阻尼增大。反之，小惯量则可使控制系分的谐振频率变低，阻尼增大。反之，小惯量则可使控制系统的带宽做得比较宽，快速性比较好、精度比较高，同时还统的带宽做得比较宽，快速性比较好、精度比较高，同时还有利于减小用于克服惯性载荷的伺服电机的功率，提高整个有利于减小用于克服惯性载荷的伺服电机的功率，提高整个系统的稳定性、动态响应和精度。系统的稳定性、动态响应和精度。上一页 下一页 返
15、回2.1概述概述 3.大刚度大刚度 机电一体化机械系统要有足够的刚度，弹性变形要限制在机电一体化机械系统要有足够的刚度，弹性变形要限制在一定范围之内。弹性变形不仅影响系统精度，而且影响系统一定范围之内。弹性变形不仅影响系统精度，而且影响系统结构的固有频率、控制系统的带宽和动态性能结构的固有频率、控制系统的带宽和动态性能 机电一体化机械系统设计一样有传动设计和结构设计部分，机电一体化机械系统设计一样有传动设计和结构设计部分，只是由于机电一体化的特征决定了在机械系统设计过程中有只是由于机电一体化的特征决定了在机械系统设计过程中有它自身的特点。它自身的特点。(1)机械传动设计的特点。机械传动设计的任
16、务是把动力机机械传动设计的特点。机械传动设计的任务是把动力机产生的机械能传递到执行机构上去，机电一体化系统中机械产生的机械能传递到执行机构上去，机电一体化系统中机械传动系统的设计就是面向机电伺服系统的伺服机械传动系统传动系统的设计就是面向机电伺服系统的伺服机械传动系统设计。设计。上一页 下一页 返回2.1概述概述根据机电有机结合的原则，机电一体化系统中采用了调速范根据机电有机结合的原则，机电一体化系统中采用了调速范围大、可无级调速的控制电机，从而节省了大量用于进行变围大、可无级调速的控制电机，从而节省了大量用于进行变速和换向的齿轮、轴承和轴类零件，减少了产生误差的环节，速和换向的齿轮、轴承和轴
17、类零件，减少了产生误差的环节，提高了传动效率，因此使机械传动设计也得到了简化，机械提高了传动效率，因此使机械传动设计也得到了简化，机械传动方式也由传统的串联和并联方式的传动方式传动方式也由传统的串联和并联方式的传动方式(即每一个机即每一个机械传动都由单独的控制电机、传动机构和执行机构组成的子械传动都由单独的控制电机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成系统来完成)变为各个运动之间的传动关系由计算机来统一协变为各个运动之间的传动关系由计算机来统一协调和控制。因此机电一体化机械传动系统具有传动链短、传调和控制。因此机电一体化机械传动系统具有传动链短、传动惯量小、线性传递、无间隙传递等设计特点。动惯
18、量小、线性传递、无间隙传递等设计特点。上一页 下一页 返回2.1概述概述(2)机械结构设计的特点。机电一体化的机械结构属于传统机机械结构设计的特点。机电一体化的机械结构属于传统机械技术的范畴，在满足伺服系统对其稳、准、快要求的前提械技术的范畴，在满足伺服系统对其稳、准、快要求的前提下，从整体上说应逐步向精密化、高速化、小型化和轻量化下，从整体上说应逐步向精密化、高速化、小型化和轻量化的方向发展。因此在进行结构设计时应综合考虑各个零部件的方向发展。因此在进行结构设计时应综合考虑各个零部件的制造、安装精度，结构刚度，稳定性以及动作的灵敏性和的制造、安装精度，结构刚度，稳定性以及动作的灵敏性和易控性
19、。对具体零部件的设计提出了更高、更严的要求。例易控性。对具体零部件的设计提出了更高、更严的要求。例如，采用合理的截面形状和尺寸如，采用合理的截面形状和尺寸;采用新材料和钢板焊接结构采用新材料和钢板焊接结构来提高支承件的静刚度。来提高支承件的静刚度。上一页返回2.2机械传动机构机械传动机构 机电一体化机械系统应具有良好的伺服性能，从而要求传动机电一体化机械系统应具有良好的伺服性能，从而要求传动机构满足以下几个方面机构满足以下几个方面:转动惯量小、刚度大、阻尼合适，此转动惯量小、刚度大、阻尼合适，此外还要求摩擦小、抗振性好、间隙小，特别是其动态特性与外还要求摩擦小、抗振性好、间隙小，特别是其动态特
20、性与伺服电动机等其他环节的动态特性相匹配。伺服电动机等其他环节的动态特性相匹配。常用的机械传动部件有齿轮传动、带传动、链传动、螺旋传常用的机械传动部件有齿轮传动、带传动、链传动、螺旋传动以及各种非线性传动部件等。其主要功能是传递转矩和转动以及各种非线性传动部件等。其主要功能是传递转矩和转速。因此，它实质上是一种转矩、转速变换器。速。因此，它实质上是一种转矩、转速变换器。下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构2.2.1齿轮传动齿轮传动 齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床中传齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床中传动装置几乎都离不开齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中动装置
21、几乎都离不开齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个采用齿轮传动装置的目的有两个:一是将高转速低转矩的伺服一是将高转速低转矩的伺服电机电机(如步进电机、直流或交流伺服电机等如步进电机、直流或交流伺服电机等)的输出，改变为的输出，改变为低转速大转矩的执行件的输出低转速大转矩的执行件的输出;二是使滚珠丝杠和工作台的转二是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中占有较小的比重。此外，对开环系统还可以动惯量在系统中占有较小的比重。此外，对开环系统还可以保证所要求的精度。保证所要求的精度。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构提高传动精度的结构措施有以下几种。提高传动精度的
22、结构措施有以下几种。适当提高零部件本身的精度。适当提高零部件本身的精度。合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度的影响。首先，合理选择传动形式的影响。首先，合理选择传动形式;其次，合理确定级数和分其次，合理确定级数和分配各级传动比配各级传动比;最后，合理布置传动链最后，合理布置传动链采用消隙机构，以减少或消除空程采用消隙机构，以减少或消除空程由于数控设备进给系统经常处于自动变向状态，反向时如果由于数控设备进给系统经常处于自动变向状态，反向时如果驱动链中的齿轮等传动副存在间隙，就会使进给运动的反向驱动链中的齿轮等传动副存在间隙，就会使进
23、给运动的反向滞后于指令信号，从而影响其驱动精度。因此必须采取措施滞后于指令信号，从而影响其驱动精度。因此必须采取措施消除齿轮传动中的间隙，以提高数控设备进给系统的驱动精消除齿轮传动中的间隙，以提高数控设备进给系统的驱动精度。度。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构 由于齿轮在制造中不可能达到理想齿面的要求，总是存在着由于齿轮在制造中不可能达到理想齿面的要求，总是存在着一定的误差，因此两个啮合着的齿轮，总应有微量的齿侧隙一定的误差，因此两个啮合着的齿轮，总应有微量的齿侧隙才能使齿轮正常地工作。以下介绍的几种消除齿轮传动中侧才能使齿轮正常地工作。以下介绍的几种消除齿轮传动中侧隙的措施
24、，都是在实践中行之有效的。隙的措施，都是在实践中行之有效的。1.圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动 (1)偏心轴套调整法。偏心轴套调整法。图图2-1所示为简单的偏心轴套式消隙所示为简单的偏心轴套式消隙结构。电机结构。电机1是通过偏心轴套是通过偏心轴套2装到壳体上，通过转动偏心轴装到壳体上，通过转动偏心轴套的转角，就能够方便地调整两啮合齿轮的中心距，从而消套的转角，就能够方便地调整两啮合齿轮的中心距，从而消除了圆柱齿轮正、反转时的齿侧隙。除了圆柱齿轮正、反转时的齿侧隙。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构(2)锥度齿轮调整法。锥度齿轮调整法。图图2-2是用带有锥度的齿轮来消除间隙是用带有锥度
25、的齿轮来消除间隙的机构。在加工齿轮的机构。在加工齿轮1和和2时，将假想的分度圆柱面改变成带时，将假想的分度圆柱面改变成带有小锥度的圆锥面，使其齿厚在齿轮的轴向稍有变化有小锥度的圆锥面，使其齿厚在齿轮的轴向稍有变化(其外形其外形类似于插齿刀类似于插齿刀)。装配时只要改变垫片。装配时只要改变垫片3的厚度就能调整两个的厚度就能调整两个齿轮的轴向相对位置，从而消除了齿侧间隙。但如增大圆锥齿轮的轴向相对位置，从而消除了齿侧间隙。但如增大圆锥面的角度，则将使啮合条件恶化。以上两种方法的特点是结面的角度，则将使啮合条件恶化。以上两种方法的特点是结构简单，但齿侧隙调整后不能自动补偿。构简单，但齿侧隙调整后不能
26、自动补偿。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构(3)双向薄齿轮错齿调整法。采用这种消除齿侧隙的一对啮合双向薄齿轮错齿调整法。采用这种消除齿侧隙的一对啮合齿轮中，其中一个是宽齿轮，另一个由两相同齿数的薄片齿齿轮中，其中一个是宽齿轮，另一个由两相同齿数的薄片齿轮套装而成，两薄片齿轮可相对回转。装配后，应使一个薄轮套装而成，两薄片齿轮可相对回转。装配后，应使一个薄片齿轮的齿左侧和另一个薄片齿轮的齿右侧分别紧贴在宽齿片齿轮的齿左侧和另一个薄片齿轮的齿右侧分别紧贴在宽齿轮的齿槽左、右两侧，这样错齿后就消除了齿侧隙，反向时轮的齿槽左、右两侧，这样错齿后就消除了齿侧隙，反向时不会出现死区。不会
27、出现死区。图图2-3为圆柱薄片齿轮可调拉簧错齿调整结构。为圆柱薄片齿轮可调拉簧错齿调整结构。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构在两个薄片齿轮在两个薄片齿轮1和和2的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳凸耳3和和8齿轮齿轮1的端面还有另外四个通孔，凸耳的端面还有另外四个通孔，凸耳8可以在其中可以在其中穿过。弹簧穿过。弹簧4的两端分别钩在凸耳的两端分别钩在凸耳3和调整螺钉和调整螺钉7上，通过螺母上，通过螺母5调节弹簧调节弹簧4的拉力，调节完毕用螺母的拉力，调节完毕用螺母6锁紧。弹簧的拉力使薄锁紧。弹簧的拉力使薄片齿轮错位，即两个薄片齿轮的左右齿面分
28、别紧贴在宽齿轮片齿轮错位，即两个薄片齿轮的左右齿面分别紧贴在宽齿轮齿槽的左右齿面上，从而消除了齿侧间隙齿槽的左右齿面上，从而消除了齿侧间隙2.抖齿轮传动。抖齿轮传动。斜齿轮传动齿侧隙的消除方法基本上与上述错齿调整法相同，斜齿轮传动齿侧隙的消除方法基本上与上述错齿调整法相同，也是用两个薄片齿轮和一个宽齿轮啮合，只是在两个薄片斜也是用两个薄片齿轮和一个宽齿轮啮合，只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开一小段距离，这样它的螺旋线便错开了。齿轮的中间隔开一小段距离，这样它的螺旋线便错开了。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构图图2-4是垫片错齿调整法，薄片齿轮由平键和轴连接，互相不是垫片错齿调整
29、法，薄片齿轮由平键和轴连接，互相不能相对回转。斜齿轮能相对回转。斜齿轮1和和2的齿形拼装在一起加工。装配时，的齿形拼装在一起加工。装配时，将垫片厚度增加或减少将垫片厚度增加或减少t，然后再用螺母拧紧。这时两齿轮，然后再用螺母拧紧。这时两齿轮的螺旋线就产生了错位，其左右两齿面分别与宽齿轮的齿面的螺旋线就产生了错位，其左右两齿面分别与宽齿轮的齿面贴紧，从而消除了间隙。垫片厚度的增减量贴紧，从而消除了间隙。垫片厚度的增减量t=cosB;其中其中为齿侧间隙，月为斜齿轮的螺旋角。为齿侧间隙，月为斜齿轮的螺旋角。垫片的厚度通常由试测法确定，一般要经过几次修磨才能垫片的厚度通常由试测法确定，一般要经过几次修
30、磨才能调整好，因而调整较费时，且齿侧隙不能自动补偿。调整好，因而调整较费时，且齿侧隙不能自动补偿。图图2-5是轴向压簧错齿调整法，其特点是齿侧隙可以自动补是轴向压簧错齿调整法，其特点是齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构不紧凑。偿，但轴向尺寸较大，结构不紧凑。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构2.2.2带传动带传动 1.普通带传动普通带传动 带传动是利用张紧在带轮上的带，靠它们之间的摩擦或啮带传动是利用张紧在带轮上的带，靠它们之间的摩擦或啮合，在两轴合，在两轴(或多轴或多轴)间传递运动或动力，见间传递运动或动力，见图图2-6。根据传动。根据传动原理不同，带传动可分为摩擦型和
31、啮合型两大类，常见的是原理不同，带传动可分为摩擦型和啮合型两大类，常见的是摩擦带传动。摩擦带传动根据带的截面形状分为平带、摩擦带传动。摩擦带传动根据带的截面形状分为平带、V带、带、多楔带和圆带等多楔带和圆带等 靠摩擦工作的带传动，其优点是靠摩擦工作的带传动，其优点是:因带是弹性体，能缓和因带是弹性体，能缓和载荷冲击，运行平稳无噪声载荷冲击，运行平稳无噪声;过载时将引起带在带轮上打滑，过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件损坏因而可防止其他零件损坏;制造和安装精度不像啮合传动那制造和安装精度不像啮合传动那样严格样严格;可增加带长以适应中心距较大的工作条件可增加带长以适应中心距较大的工作条
32、件(可达巧可达巧m)。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构其缺点是其缺点是:带与带轮的弹性滑动使传动比不准确，效率较低，带与带轮的弹性滑动使传动比不准确，效率较低，寿命较短寿命较短;传递同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上的压力传递同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大都比啮合传动大;不宜用于高温、易燃等场合。不宜用于高温、易燃等场合。由于传动带的材料不是完全的弹性体，因此带在工作一段时由于传动带的材料不是完全的弹性体，因此带在工作一段时间后会发生伸长而松弛，张紧力降低。因此，带传动应设置间后会发生伸长而松弛，张紧力降低。因此，带传动应设置张紧装置，以保持正常工作。常用
33、的张紧装置有三种。张紧装置，以保持正常工作。常用的张紧装置有三种。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构(1)定期张紧装置定期张紧装置:调节中心距使带重新张紧。如调节中心距使带重新张紧。如图图2-7(a)所所示，为一移动定期张紧装置。将装有带轮的电动机安装在滑示，为一移动定期张紧装置。将装有带轮的电动机安装在滑轨轨1上，需调节带的拉力时，松开螺母上，需调节带的拉力时，松开螺母2，旋转调节螺钉改变，旋转调节螺钉改变电动机位置，然后固定。这种装置适合两轴处于水平或倾斜电动机位置，然后固定。这种装置适合两轴处于水平或倾斜不大的传动。图不大的传动。图2-7(b)为摆动架和调节螺杆定期张紧装
34、置。将为摆动架和调节螺杆定期张紧装置。将装有带轮的电动机固定在可以摆动的机座上，通过机座绕一装有带轮的电动机固定在可以摆动的机座上，通过机座绕一定轴旋转使带张紧。这种装置适合垂直的或接近垂直的传动。定轴旋转使带张紧。这种装置适合垂直的或接近垂直的传动。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构(2)自动张紧装置自动张紧装置:常用于中小功率的传动。常用于中小功率的传动。图图2-8所示是将装所示是将装有带轮的电动机安装在摆架上，而利用电动机和摆架的重量，有带轮的电动机安装在摆架上，而利用电动机和摆架的重量，自动保持张紧力。自动保持张紧力。(3)使用张紧轮的张紧装置使用张紧轮的张紧装置:当中
35、心距不能调节时，可使用当中心距不能调节时，可使用张紧轮把带张紧，如张紧轮把带张紧，如图图2-9所示。张紧轮一般应安装在松边内所示。张紧轮一般应安装在松边内侧，使带只受单向弯曲，以减少寿命的损失侧，使带只受单向弯曲，以减少寿命的损失;同时张紧轮还应同时张紧轮还应尽量靠近大带轮，以减少对包角的影响。张紧轮的使用会降尽量靠近大带轮，以减少对包角的影响。张紧轮的使用会降低带轮的传动能力，在设计时应适当考虑。低带轮的传动能力，在设计时应适当考虑。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构2.同步齿形带传动同步齿形带传动同步齿形带传动，是一种新型的带传动，如同步齿形带传动，是一种新型的带传动，如图
36、图2-10所示，它所示，它利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次相啮合传动运动和动力，利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次相啮合传动运动和动力，因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点，即无相对滑动，因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点，即无相对滑动，平均传动比准确，传动精度高，而且齿形带的强度高、厚度平均传动比准确，传动精度高，而且齿形带的强度高、厚度小、质量轻，故可用于高速传动小、质量轻，故可用于高速传动;齿形带无需特别张紧，故作齿形带无需特别张紧，故作用在轴和轴承等上的载荷小，传动效率高，在数控机床上亦用在轴和轴承等上的载荷小，传动效率高，在数控机床上亦有应用。有应用。上一页 下一页 返回2.2机
37、械传动机构机械传动机构2.2.3齿轮齿条传动机构齿轮齿条传动机构在机电一体化产品中，对于大行程传动机构往往采用齿轮齿在机电一体化产品中，对于大行程传动机构往往采用齿轮齿条传动，因为其刚度、精度和工作性能不会因行程增大而明条传动，因为其刚度、精度和工作性能不会因行程增大而明显降低，但它与其他齿轮传动一样也存在齿侧间隙，应采取显降低，但它与其他齿轮传动一样也存在齿侧间隙，应采取消隙措施。消隙措施。当传动负载小时，可采用双片薄齿轮错齿调整法，使两片薄当传动负载小时，可采用双片薄齿轮错齿调整法，使两片薄齿轮的齿侧分别紧贴齿条的齿槽两相应侧面，以消除齿侧间齿轮的齿侧分别紧贴齿条的齿槽两相应侧面，以消除齿
38、侧间隙。隙。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构 当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。如当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。如图图2-11所示，小所示，小齿轮齿轮1,6分别与齿条分别与齿条7啮合，与小齿轮啮合，与小齿轮1,6同轴的大齿轮同轴的大齿轮2,5分分别与齿轮别与齿轮3啮合，通过预载装置啮合，通过预载装置4向齿轮向齿轮3上预加负载，使大齿上预加负载，使大齿轮轮2,5同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮1,6转动，转动，其齿便分别紧贴在齿条其齿便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。上一页
39、下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构2.2.4螺旋传动螺旋传动 螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式，根据螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式，根据螺旋传动的运动方式可以分为两大类螺旋传动的运动方式可以分为两大类:一类是滑动摩擦式螺旋一类是滑动摩擦式螺旋传动，它是将联结件的旋转运动转化为被执行机构的直线运传动，它是将联结件的旋转运动转化为被执行机构的直线运动，如机床的丝杠和与工作台连接的螺母动，如机床的丝杠和与工作台连接的螺母;另一类是滚动摩擦另一类是滚动摩擦式螺旋传动，它是将滑动摩擦转换为滚动摩擦，完成旋转运式螺旋传动，它是将滑动摩擦转换为滚动摩擦，完成旋转运动，例如滚
40、珠丝杠螺母副。动，例如滚珠丝杠螺母副。1.滑动螺旋传动滑动螺旋传动 螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式。它是螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式。它是利用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动。滑利用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动。滑动螺旋传动具有传动比大、驱动负载能力强和自锁等特点。动螺旋传动具有传动比大、驱动负载能力强和自锁等特点。主要特点参考主要特点参考表表2-1。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构(1)滑动螺旋传动的形式及应用滑动螺旋传动的形式及应用 螺母固定，螺杆转动并移动。如螺母固定，螺杆转动并移动。如图图2-12(a)所示，这
41、种传所示，这种传动形式的螺母本身就起着支承作用，从而简化了结构，消除动形式的螺母本身就起着支承作用，从而简化了结构，消除了螺杆与轴承之间可能产生的轴向窜动，容易获得较高的传了螺杆与轴承之间可能产生的轴向窜动，容易获得较高的传动精度。缺点是所占轴向尺寸较大动精度。缺点是所占轴向尺寸较大(螺杆行程的两倍加上螺母螺杆行程的两倍加上螺母高度高度)，刚性较差。因此仅适用于行程短的情况。，刚性较差。因此仅适用于行程短的情况。螺杆转动，螺母移动。如图螺杆转动，螺母移动。如图2-12(b)所示，这种传动形式所示，这种传动形式的特点是结构紧凑的特点是结构紧凑(所占轴向尺寸取决于螺母高度及行程大小所占轴向尺寸取决
42、于螺母高度及行程大小)，刚度较大。适用于工作行程较长的情况。，刚度较大。适用于工作行程较长的情况。差动螺旋传动。除上述两种基本传动形式外，还有一种差动螺旋传动。除上述两种基本传动形式外，还有一种螺旋传动螺旋传动差动螺旋传动。其原理如差动螺旋传动。其原理如图图2-13所示。所示。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构 设螺杆设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为Ph1和和Ph2。当螺杆转动当螺杆转动 角时，可动螺母角时，可动螺母2的移动距离为的移动距离为(2-1)如果如果Ph1与与Ph2相差很小，则相差很小，则z很小。因此差动螺旋常用于各
43、种很小。因此差动螺旋常用于各种微动装置中。若螺杆微动装置中。若螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动转动 角时，可动螺母角时，可动螺母2的移动距离为的移动距离为(2-2)上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构可见，此时差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母可见，此时差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母2相对螺母相对螺母1快速趋近或离开。这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或快速趋近或离开。这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。为了方便大家理解，以普通机床的丝杠和螺母锁紧装置中。为了方便大家理解，以普通机床的丝杠和螺母为例，将丝杠螺母传动的类型和
44、特点列为例，将丝杠螺母传动的类型和特点列表表2-2。(2)螺旋副零件与滑板联接结构的确定。螺旋副零件与滑板螺旋副零件与滑板联接结构的确定。螺旋副零件与滑板的联接结构对螺旋副的磨损有直接影响，设计时应注意。常的联接结构对螺旋副的磨损有直接影响，设计时应注意。常见的联接结构有下列几种。见的联接结构有下列几种。刚性联接结构。刚性联接结构。图图2-14所示为刚性联接结构，这种联接所示为刚性联接结构，这种联接结构的特点是牢固可靠，但当螺杆轴线与滑板运动方向不平结构的特点是牢固可靠，但当螺杆轴线与滑板运动方向不平行时，螺纹工作面的压力增大，磨损加剧，严重行时，螺纹工作面的压力增大，磨损加剧，严重 、较大较
45、大)时还会发生卡住现象，刚性联接结构多用于受力较大的螺旋时还会发生卡住现象，刚性联接结构多用于受力较大的螺旋传动中。传动中。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构 弹性联接结构。弹性联接结构。图图2-15所示的装置中，螺旋传动采用了弹所示的装置中，螺旋传动采用了弹性联接结构。片簧性联接结构。片簧7的一端在工作台的一端在工作台(滑板滑板)8上，另一端套在上，另一端套在螺母的锥形销上。为了消除两者之间的间隙，片簧以一定的螺母的锥形销上。为了消除两者之间的间隙，片簧以一定的预紧力压向螺母预紧力压向螺母(或用螺钉压紧或用螺钉压紧)。当工作台运动方向与螺杆。当工作台运动方向与螺杆轴线偏斜轴线
46、偏斜 角角图图2-14(a)时，可以通过片簧变形进行调节。时，可以通过片簧变形进行调节。如果偏斜如果偏斜 角角图图2-14(b)时，螺母可绕轴线自由转动而不会时，螺母可绕轴线自由转动而不会引起过大的应力。弹性联接结构适用于受力较小的精密螺旋引起过大的应力。弹性联接结构适用于受力较小的精密螺旋传动。传动。活动联接结构。活动联接结构。图图2-16所示为活动联接结构的原理图。恢所示为活动联接结构的原理图。恢复力复力F(一般为弹簧力一般为弹簧力)使联接部分保持经常接触。当滑板使联接部分保持经常接触。当滑板1的运的运动方向与螺杆动方向与螺杆2的轴线不平行时，通过螺杆端部的球面与滑板的轴线不平行时，通过螺
47、杆端部的球面与滑板在接触处自由滑动在接触处自由滑动图图2-16(a)，或中间杆，或中间杆3自由偏斜自由偏斜图图2-16(b)，从而可以避免螺旋副中产生过大的应力。，从而可以避免螺旋副中产生过大的应力。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构(3)影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施。螺旋影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施。螺旋传动的传动精度是指螺杆与螺母间实际相对运动保持理论值传动的传动精度是指螺杆与螺母间实际相对运动保持理论值(即即公式公式 )的准确程度的准确程度影响螺旋传动精度的因素主要影响螺旋传动精度的因素主要有以下几项。有以下几项。螺纹参数误差。螺纹的各项参数误
48、差中，主要影响传动螺纹参数误差。螺纹的各项参数误差中，主要影响传动精度的是螺距误差、中径误差以及牙型半角误差。具体内容精度的是螺距误差、中径误差以及牙型半角误差。具体内容见见表表2-3。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构螺杆轴向窜动误差。如螺杆轴向窜动误差。如图图2-18所示，若螺杆轴肩的端面与所示，若螺杆轴肩的端面与轴承的止推面不垂直于螺杆轴线而有轴承的止推面不垂直于螺杆轴线而有 和和 的偏差，则当的偏差，则当螺杆转动时，将引起螺杆的轴向窜动误差，并转化为螺母位螺杆转动时，将引起螺杆的轴向窜动误差，并转化为螺母位移误差。螺杆的轴向窜动误差是周期性变化的，以螺杆转动移误差。螺杆
49、的轴向窜动误差是周期性变化的，以螺杆转动一转为一个循环。一转为一个循环。偏斜误差。在螺旋传动机构中，如果螺杆的轴线方向与移偏斜误差。在螺旋传动机构中，如果螺杆的轴线方向与移动件的运动方向不平行，而有一个偏斜角动件的运动方向不平行，而有一个偏斜角 (图图2-19)时，就时，就会发生偏斜误差。偏斜角对偏斜误差有很大的影响，对其值会发生偏斜误差。偏斜角对偏斜误差有很大的影响，对其值应该加以控制。应该加以控制。上一页 下一页 返回2.2机械传动机构机械传动机构 温度误差。当螺旋传动的工作温度与制造温度不同时，将温度误差。当螺旋传动的工作温度与制造温度不同时，将引起螺杆长度和螺距发生变化，从而产生传动误
50、差，这种误引起螺杆长度和螺距发生变化，从而产生传动误差，这种误差称为温度误差。差称为温度误差。上面分析了影响螺旋传动精度的各种误差，为了提高传动上面分析了影响螺旋传动精度的各种误差，为了提高传动精度，应尽可能减小或消除这些误差。为此，可以通过提高精度，应尽可能减小或消除这些误差。为此，可以通过提高螺旋副零件的制造精度来达到，但单纯提高制造精度会使成螺旋副零件的制造精度来达到，但单纯提高制造精度会使成本提高。因此，对于传动精度要求较高的精密螺旋传动，除本提高。因此，对于传动精度要求较高的精密螺旋传动，除了根据有关标准或具体情况规定合理的制造精度以外，也可了根据有关标准或具体情况规定合理的制造精度